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WO1986003425A1 - Method and device for desulphurising smoke gas from coal heatings - Google Patents

Method and device for desulphurising smoke gas from coal heatings Download PDF

Info

Publication number
WO1986003425A1
WO1986003425A1 PCT/AT1982/000034 AT8200034W WO8603425A1 WO 1986003425 A1 WO1986003425 A1 WO 1986003425A1 AT 8200034 W AT8200034 W AT 8200034W WO 8603425 A1 WO8603425 A1 WO 8603425A1
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WO
WIPO (PCT)
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flue gas
relative humidity
coal
additive
increased
Prior art date
Application number
PCT/AT1982/000034
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert SCHRÖFELBAUER
Gernot Staudinger
Original Assignee
Schroefelbauer Herbert
Gernot Staudinger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schroefelbauer Herbert, Gernot Staudinger filed Critical Schroefelbauer Herbert
Publication of WO1986003425A1 publication Critical patent/WO1986003425A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/50—Sulfur oxides
    • B01D53/508—Sulfur oxides by treating the gases with solids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/003—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
    • F23J15/025—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow using filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K1/00—Preparation of lump or pulverulent fuel in readiness for delivery to combustion apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage

Definitions

  • the invention relates to a process for the flue gas desulfurization of coal furnaces according to the dry additive process with downstream dust filters.
  • the invention further relates to a device for performing this method.
  • the inventive method is primarily characterized in that the relative humidity of the flue gas is increased before entering the dust filter.
  • the relative humidity of the flue gas is increased by cooling it to a lower temperature, which, however, is above the water dew point of the flue gas.
  • the relative humidity of the flue gas is increased by cooling it by means of a heat exchanger and / or by injecting water into the flue gas.
  • the device according to the invention for carrying out the method with a boiler system and a flue gas filter system is characterized in that a heat exchanger and / or an injection cooler is arranged in the flue gas stream upstream of the flue gas filter system in order to increase the relative humidity of the flue gas.
  • FIG. 1 a boiler system with coal dust combustion is shown purely schematically, all parts which are not essential here being omitted. 2 to 4, the method according to the invention is shown schematically in various embodiments.
  • the boiler system shown in FIG. 1 is set up for coal dust combustion and the desulfurization takes place in a manner known per se using the dry additive method.
  • the return of cold gas to the combustion chamber is provided to improve the efficiency of the desulfurization.
  • the lignite 2 and the additive CaCO 3 3 get into the chute 5 in a controllable quantity ratio to one another via conveying systems and an allocator 4 get into the coal mill 6.
  • the coal mill 6 the coal is ground to the required grain size and simultaneously dried by the hot flue gases.
  • the dusty combustion mixture passes through classifiers 9 into the pulverized coal burner 10 and from there into the combustion chamber 8, where the coal burns to flue gas and ash.
  • a small part of this flue gas is, as I said, returned via the chute 5, the larger part 11 flows through the boiler system 1 and releases its heat to corresponding heating surfaces and pipe coils, not shown here. The flue gas then flows through you
  • Ash separator 12 and induced draft fans 13 The flue gas then passes into the atmosphere through dust filter 23 and as clean gas 15 through a chimney 16.
  • Part of the already strongly cooled flue gas at approximately 150 ° C. is removed at tapping points 17, 18, 26 or 27 and, as a cold gas, is conducted via line 19 alternatively or simultaneously into the combustion chamber 8 via two paths.
  • One way leads via the nozzle 20 into the chute 5, where the cold gas mixes with the hot flue gas and, after flowing through the coal mill 6 and the classifier 9, reaches the combustion chamber 8 via the coal dust burner 10.
  • the second way leads via line 21 to cold gas injection slots 22, from where the cold gas flows directly into the combustion chamber 8.
  • the cold gas is removed at the removal points 26, 27 and 17, the returned cold gas is loaded with ash particles, as a result of which unused additive is returned to the combustion chamber. In a known manner, the additive is present in a large stoichiometric excess to the coal.
  • the cold gas is removed at 18, the cold gas is present as a clean gas.
  • the relative humidity of the flue gas is increased before entering the dust filter 23. This generally takes place in the flue gas flow area between the ash separator 12 and the dust filter 23.
  • Cooling of the hot flue gas through a heat exchanger Cooling of the hot flue gas through a heat exchanger.
  • the heat recovered here can be used elsewhere, so that an improvement in efficiency can also be achieved.
  • the flue gas temperature is normally around 150 ° C. When the relative humidity is increased, the temperature is reduced to a value between 50 and 100 ° C.
  • the temperature of the flue gas must always be higher than the water dew point of the flue gas, so that only dry products are produced in the downstream dust filter.
  • the reference numeral 2 denotes the coal and 3 the additive, the coal burning in the boiler 28 and part of the additive reacting with the sulfur or sulfur compounds formed. Part of the ash and additive is discharged at 29. A large part of the heat of combustion is removed at 30.
  • the hot flue gas 31 arrives with ash and reactive additive either in a heat exchanger 24 (FIG. 2) or in an injection cooler 25 (FIG. 3) or in succession in a heat exchanger and an injection cooler (FIG. 4).
  • the cooled flue gas 32 with increased relative humidity then gets into the dust filter 23 and escapes from there as clean gas 15 through the flue 16 into the atmosphere.
  • the remaining ash and the desulfurization products 33 are discharged in the dust filter 23.
  • the method according to the invention and the device according to the invention are not limited to the exemplary embodiments shown.
  • the boiler system (see Fig. 1) can also work differently. It is only essential that there is a dry additive process and that there is still unused additive in the flue gas stream upstream of the dust filter which can react with the remaining sulfur or its compounds.
  • the method according to the invention is suitable for all types of coal and is not restricted to lignite.
  • the return of the cold gas shown in Fig. 1 in the combustion chamber represents a preferred embodiment, but is not absolutely necessary in connection with the method according to the invention.
  • the ash separator 12 is a separator for boiler ash and the dust filter 23 is a dust filter for fly ash.
  • the device used to carry out the method according to the invention is installed in front of the dust filter 23.
  • the relative humidity of the flue gases is advantageously raised to a value greater than 50% to 100%, preferably greater than 80% to 100%.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Rauchgasentschwefelung von Kohlefeuerungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauchgasentschwefelung von Kohlefeuerungen nach dem Trockenadditivverfahren mit nachgeschalteten Staubfiltern. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Beim Betrieb von großen Feuerungsanlagen, wie z.B. Dampferzeugern für Dampfturbinen, muß in gesteigertem Ausmaß auf den Umweltschutz Rücksicht genommen werden. Dabei sind insbesondere die Schadstoffemissionswerte der Feuerungsanlagen so niedrig wie möglich zu halten. Demgegenüber ist aus preislichen und volkswirtschaftlichen Gründen ein steigendes Bedürfnis gegeben, Kohle mit geringerer Qualität, insbesondere heimische Braunkohle, einzusetzen, die beim Verbrennen einen relativ hohen Anteil an Schadstoffen erzeugt. Dabei ist im besonderen auf die Konzentration des Schwefels in Form von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid in den Rauchgasen zu achten. Bei einer Entfernung des Schwefels bzw. von Schwefelverbindungen aus den Abgasen von Kraftwerksanlagen ist auch auf die Wirtschaftlichkeit Bedacht zu nehmen, da Anlagen zur Abgasentschwefelung einen hohen apparativen Aufwand und damit hohe Investitionen erfordern.
Um die Schwefelemission schon in der Feuerung zu reduzieren, ist bereits vorgeschlagen worden, den Schwefel nach sogenannten Trokkenadditivverfahren durch Einbringung von Additiven in den Feuerräum so weit wie möglich chemisch zu binden. Hier ist insbesondere das Einblasen von feinkörnigem Calciumoxid oder Calciumkarbonat in den Feuerungsraum zu nennen. Bei Kohle-Staubfeuerungen mit Mahl Trocknungskreislauf wird das Calciumoxid der Kohle schon vor der Kohlemühle beigegeben. Beide Bestandteile gelangen gemeinsam über die Kohlenstaubbrenner in den Feuerraum. Dieses bekannte Trockenadditivverfahren zeigt allerdings nicht unter allen Bedingungen günstige Ergebnisse, wobei unter anderem die Art der eingesetzten Kohle eine Rolle spielt. Es zeigt sich, daß bei manchen Braunkohlearten die Entschwefelung ungenügend ist, da es offensichtlich infolge zu hoher Feuerraumtemperaturen zu einem Totbrennen des eingesetzten Calciumoxids kommt.
Weiters ist bereits vorgeschlagen worden, dem Feuerraum Kaltgas zuzuführen, um optimale Temperaturbedingungen für die Reaktion des Additivs mit dem im Rauchgas enthaltenen Schwefel bzw. entsprechender Schwefelverbindungen zu erzielen. Eine Anlage,die nach diesem Verfahren arbeitet, ist weiter unten beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß die relative Feuchtigkeit des Rauchgases vor Eintritt in die Staubfilter erhöht wird. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung erfolgt die Erhöhung der relativen Feuchtigkeit des Rauchgases durch dessen Abkühlung auf eine niedrigere Temperatur, die jedoch über dem Wassertaupunkt des Rauchgases liegt. Im besonderen erfolgt die Erhöhung der relativen Feuchtigkeit des Rauchgases durch dessen Abkühlung mittels Wärmetauscher und/oder durch Einspritzen von Wasser in das Rauchgas. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Kesselanlage und einer Rauchgasfilteranlage ist dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchgasstrom vor der Rauchgasfilteranlage ein Wärmeaustauscher und/oder ein Einspritzkühler angeordnet ist, um die relative Feuchtigkeit des Rauchgases zu erhöhen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher beschrieben. In Fig. 1 ist rein schematisch eine Kesselanlage mit Kohle-Staubfeuerung gezeigt, wobei alle hier nicht wesentlichen Teile fortgelassen wurden. In den Fig. 2 bis 4 ist schematisch das erfindungsgemäße Verfahren in verschiedenen Ausführungsformen dargestellt. Die in Fig. 1 gezeigte Kesselanlage ist für Kohle-Staubfeuerung eingerichtet und die Entschwefelung erfolgt in an sich bekannter Weise nach dem Trockenadditivverfahren. In yon der Anmelderin bereits vorgeschlagener Weise ist zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Entschwefelung die Rückführung von Kaltgas in den Feuerraum vorgesehen.
Die Braunkohle 2 und das Additiv CaCO33 gelangen in einem steuerbaren Mengenverhältnis zueinander über Förderanlagen und einem Zuteiler 4 in den Fallschacht 5. Der Fällschacht führt in die Kohlemühle 6, wobei heiße Rauchgase 7 aus dem Feuerraum 8 in den Fallschacht 5 geleitet werden und ebenfalls in die Kohlemühle 6 gelangen. In der Kohlemühle 6 wird die Kohle auf die notwendige Korngröße vermählen und durch die heißen Rauchgase gleichzeitig getrocknet. Das staubföimige Verbrennungsgemisch gelangt über Sichter 9 in die Kohlenstaübbrenner 10 und von dort in den Feuerraum 8, wo die Kohle zu Rauchgas und Asche verbrennt. Ein kleiner Teil dieses Rauchgases wird, wie gesagt, über den Fallschacht 5 rückgeführt, der größere Teil 11 durchströmt die Kesselanlage 1 und gibt seine Wärme an entsprechende, hier nicht dargestellte Heizflächen und Rohrschlangen ab. Das Rauchgas durchströmt in der Folge einen
Ascheabscheider 12 und Saugzugventilatoren 13. Danach gelangt das Rauchgas durch Staubfilter 23 und als Reingas 15 durch einen Schornstein 16 in die Atmosphäre.
Dem bereits stark abgekühlten Rauchgas mit etwa 150°C wird wahlweise bei Entnahmestellen 17, 18, 26 oder 27 ein Teil entnommen und als Kaltgas über die Leitung 19 alternativ oder gleichzeitig über zwei Wege in den Feuerraum 8 geleitet. Der eine Weg führt über den Stutzen 20 in den Fallschacht 5, wo sich das Kaltgas mit dem heißen Rauchgas vermischt und nach Durchströmen der Kohlemühle 6 und der Sichter 9 über die Kohlenstaubbrenner 10 in den Feuerraum 8 gelangt. Der zweite Weg führt über die Leitung 21 zu Kaltgaseinblasschlitzen 22, von wo das Kaltgas direkt in den Feuerraum 8 strömt. Bei einer Entnahme des Kaltgases bei den Entnahmestellen 26, 27 und 17 ist das rückgeführte Kaltgas init Ascheteilchen beladen, wodurch unverbrauchtes Additiv in den Feuerraum zurückgeführt wird. In bekannter Weise ist das Additiv in großem stöchiometrischem Oberschuß zur Kohle vorhanden. Bei Entnahme des Kaltgases bei 18 liegt das Kaltgas als Reingas vor.
Gemäß vorliegender Erfindung wird die relative Feuchtigkeit des Rauchgases vor Eintritt in den Staubfilter 23 erhöht. Es geschieht dies im allgemeinen in dem Rauchgasstrombereich zwischen Ascheabscheider 12 und dem Staubfilter 23.
Es ist bereits bekannt, daß durch Nachschalten von Staubfiltern hinter Feuerungen nach dem Trockenadditivverfahren der Eiribindegrad des Sclwefels in die Asche verbessert wird. Überraschend hat sich gezeigt, daß der Einbindegrad noch weiter verbessert wird, wenn die relative Feuchtigkeit des Rauchgases angehoben wird.
Die erfindungsgemäße Erhöhung der relativen Feuchtigkeit der Rauchgase erfolgt in vorteilhafter Weise auf drei Arten:
- Abkühlung des heißen Rauchgases durch einen Wärmetauscher. Die hiebei rückgeivonnene Wärme kann anderweitig verwendet werden, sodaß eine Wirkungsgradverbesserung ebenfalls erzielt werden kann. - Durch Einspritzen von Wasser in das heiße Rauchgas.
- Durch Kombination der beiden zuvor angeführten Verfahren.
Normalerweise beträgt die Rauchgastemperatur ca. 150°C. Bei der Erhöhung der relativen Feuchtigkeit wird die Temperatur auf einen Wert zwischen 50 und 100°C reduziert. Die Temperatur des Rauchgases muß dabei allerdings stets höher sein als der Wassertaupunkt des Rauchgases, damit im nachgeschalteten Staubfilter nur trockene Produkte anfallen.
Es sei darauf hingewiesen, daß üblicherweise Rauchgase aus Feuerungen nicht auf die oben erwähnten Temperaturen abgekühlt werden kön nen, weil dann massive Korrosionen durch Schwefelsäure auftreten würden. Im gegenständlichen Trockenadditivverfahren ist dies aber nicht der Fall, da das Additiv den größten Teil des SO3 absorbiert. Aus diesem Grunde ist eine Absenkung der Rauchgastemperatur auf oben beschriebene Werte zwischen 50 und 100°C zulässig. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, mit dem Trockenadditivverfahren den Entschwefelungsgrad von Naßanlagen zu erreichen.
In den Fig. 2 bis 4 sind die drei obengenannten Varianten zur
Erhöhung der relativen Feuchtigkeit des Rauchgases gemäß Erfindung schematisch dargestellt. Dabei ist mit den Bezugszeichen 2 die Kohle und 3 das Additiv bezeichnet, wobei die Kohle im Kessel 28 verbrennt und ein Teil des Additivs mit dem entstehenden Schwefel bzw. Schwefelverbindungen reagiert. Ein Teil der Asche und des Additivs wird bei 29 ausgetragen. Ein großer Teil der Verbrennungswärme wird bei 30 abgeführt.
Das heiße Rauchgas 31 gelangt mit Asche und reaktionsfähigem Additiv entweder in einen Wärmeaustauscher 24 (Fig. 2) oder in einen Einspritzkühler 25 (Fig. 3) oder nacheinander in einen Wärmeaustauscher und einen Einspritzkühler (Fig. 4). Das abgekühlte Rauchgas 32 mit erhöhter relativer Feuchtigkeit gelangt dann in den Staubfilter 23 und entweicht von dort als Reingas 15 durch den Rauchfang 16 in die Atmosphäre. Im Staubfilter 23 wird die restliche Asche und die Entschwefelungsprodukte 33 ausgetragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Die Kesselanlage (siehe Fig. 1) kann auch anders arbeiten. Wesentlich ist nur, daß ein Trockenadditivverfahren vorliegt und daß im Rauchgasstrom vor dem Staubfilter noch unverbrauchtes Additiv vorhanden ist, das mit dem restlichen Schwefel bzw. dessen Verbindungen reagieren kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für Kohle aller Art geeignet und nicht auf Braunkohle beschränkt. Die in Fig. 1 gezeigte Rückführung des Kaltgases in den Feuerraum stellt eine bevorzugte Ausführung dar, ist aber in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht unbedingt notwendig.
In Hinblick auf die Fig. 1 sei der Klarheit halber darauf hingewiesen, daß der Ascheabscheider 12 ein Abscheider für Kesselasche und der Staubfilter 23 ein Staubfilter für Flugasche ist. Wie bereits oben beschrieben, wird die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Vorrichtung vor dem Staubfilter 23 eingebaut. Die relative Feuchtigkeit der Rauchgase wird dabei vorteilhaft auf einen Wert größer 50 % bis 100 %, vorzugsweise größer 80 % bis 100% angehoben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Rauchgasentschwefelung von Kbhlefeuerungen nach dem Trockenadditivverfahren, wobei die Kohle in Gegenwart von Additivmaterial gegebenenfalls unter Zufuhr von Kaltgas im Kessel verbrennt und zum Teil nicht umgesetztes Additivmaterial den Kessel mit dem Rauchgas verläßt und in nachgeschalteten Staubfiltern die Asche mit dem Additivmaterial abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Feuchtigkeit des Rauchgases vor Eintritt in die Staubfilter erhöht wird, sodaß die im Rauchgas enthaltenen Schwefelverbindungen mit dem Additivmaterial in den Staubfiltern in erhöhtem Maße reagieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der relativen Feuchtigkeit des Rauchgases durch dessen Abkühlung auf eine niedrigere Temperatur, die jedoch über dem Wassertaupunkt des Rauchgases liegt, erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der relativen Feuchtigkeit des Rauchgases durch dessen Abkühlung mittels Wärmetauscher und/oder durch Einspritzen von Wasser in das Rauchgas erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgastemperatur, normalerweise in der
Höhe von etwa 150°C, bei der Erhöhung der relativen Feuchtigkeit auf eine Temperatur zwischen 50ºC und 100ºC abgesenkt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Feuchtigkeit des Rauchgases auf einen Wert zwischen größer 50 % bis 100 %, vorzugsweise größer 80 % bis 100 % erhöht wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Kesselanlage und einer Rauchgasfilteranlage, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchgasstrom (11) vor der Rauchgasfilteranlage (23) ein Wärmeaustauscher (24) und/oder ein Einspritzkühler (25) angeordnet ist, tan die relative Feuchtigkeit des Rauchgases zu erhöhen.
PCT/AT1982/000034 1981-11-19 1982-11-19 Method and device for desulphurising smoke gas from coal heatings WO1986003425A1 (en)

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ATA4992/81 1981-11-19

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